Transkripční prasknutí - Transcriptional bursting

Transkripční prasknutí, také známý jako transkripční pulzování, je základní vlastností genů, ve kterých transkripce z DNA na RNA může nastat v „dávkách“ nebo „luštěninách“, které byly pozorovány u různých organismů, od bakterií až po savce.^{[1][2][3][4][5]}

Detekce jevu

Tento jev vyšel najevo s příchodem technologií, jako je např Značení MS2 a RNA o jedné molekule fluorescence in situ hybridizace, k detekci produkce RNA v jednotlivých buňkách, přesným měřením počtu RNA nebo vzhledu RNA v genu. Jiné, rozšířenější techniky, jako např Northern blot, mikročipy, RT-PCR a RNA-sekv, změřte hromadné hladiny RNA z extraktů homogenní populace. Tyto techniky ztrácejí dynamické informace z jednotlivých buněk a budí dojem, že transkripce je nepřetržitý plynulý proces. Pozorováno na úrovni jednotlivých buněk, transkripce je nepravidelná, se silnými obdobími činnosti střídanými dlouhými obdobími nečinnosti.

Mechanismus

Prasknutí může být výsledkem stochastické povahy biochemických událostí navrstvených na dvoustupňovou fluktuaci. Ve své nejjednodušší formě se předpokládá, že gen existuje ve dvou státech, v jednom, kde je aktivita zanedbatelná a v druhém, kde je určitá pravděpodobnost aktivace.^[6] Teprve ve druhém stavu snadno dojde k transkripci. Zdá se pravděpodobné, že některé primitivní eukaryoty mají geny, které nevykazují prasknutí. Geny jsou vždy v permisivním stavu, s jednoduchou pravděpodobností popisující počty generovaných RNA.^[7]

Novější údaje naznačují, že model dvou stavů může být zjednodušením. Transkripci genu c-Fos v reakci na stimulaci séra lze z větší části shrnout do dvou stavů, ačkoli v určitých dobách po stimulaci třetí stav lépe vysvětluje rozptyl v datech.^[8] Jiný model navrhuje, že lze použít dvoustavový model, ale každá buňka má v aktivním stavu jinou transkripční rychlost.^[9] Další analýzy naznačují spektrum nebo kontinuum stavů aktivity.^[10][11] Jaderná a signalizační krajina komplexu eukaryotický jádra mohou upřednostňovat více než dva jednoduché stavy - například v průměrné eukaryotické transkripční reakci je více než několik desítek posttranslačních modifikací nukleosomů a možná sto různých proteinů.

Co představují represivní a tolerantní stavy? Atraktivní myšlenkou je, že potlačený stav je uzavřený chromatin konformace, zatímco permisivní stavy jsou otevřenější. Další hypotézou je, že fluktuace mezi stavy odrážejí reverzibilní přechody ve vazbě a disociaci předinicializačních komplexů.^[12] Výbuchy mohou být také výsledkem nárazové signalizace, účinků buněčného cyklu nebo pohybu chromatinu do az továrny na přepis. Ukázalo se, že prasknutí dynamiky je ovlivněno velikostí buněk^[13] a frekvence extracelulární signalizace.^[14] Nedávná data naznačují, že různé stupně překroucení rozlišují permisivní a neaktivní stavy.^[15]

Fenomén prasknutí, na rozdíl od jednoduchých pravděpodobnostních modelů transkripce, může vysvětlovat vysokou variabilitu (viz transkripční šum ) v genové expresi vyskytující se mezi buňkami v isogenních populacích. Tato variabilita zase může mít obrovské důsledky na chování buněk a musí být zmírněna nebo integrována. Navrhované mechanismy, kterými lze hluk tlumit, zahrnují silnou extracelulární signalizaci,^[16] difúze RNA a bílkovin v buněčných syncitiích,^[17] proximální pauza promotoru,^[18] a jaderná retence přepisů.^[19] V určitých kontextech, jako je přežití mikrobů v rychle se měnícím stresujícím prostředí, může být zásadní variabilita výrazu.^[20] Variabilita má také dopad na účinnost klinické léčby s odolností bakterií vůči antibiotika prokazatelně způsobeny negenetickými rozdíly.^[21][22] Podobné jevy mohou přispívat k rezistenci subpopulací rakovinných buněk k chemoterapii.^[23] Spontánní variabilita genové exprese se rovněž navrhuje působit jako zdroj rozmanitosti osudu buněk v samoorganizujících se diferenciačních procesech,^[24] a může působit jako překážka účinným strategiím přeprogramování buněk.^[25]

Poznámky